Materials Studio 2020新功能和旧版对比

Materials Studio 2020版本较之前的Materials Studio 2019版本在产品功能、精度和效率上再一次飞跃。首先，紧跟时代潮流，结合目前的研究热点，完善和添加新的产品功能，拓展在新型功能材料和能源材料方向的应用，强化对大规模、高通量计算的支持。其次，增加多种高效、精准的模拟方法，使软件功能更加强大。此外，进一步优化、提升产品的计算效率。该版本迎合时代发展需求，更适合与传统实验结合，改变旧的研发模式，促进材料领域的跳跃式发展。
 

Materials Studio 2020 的典型特征：

DMol³模块新增杂化交换相关泛函：PBE0、TPSSh、SCAN0、M06、M06-2X, 大幅度提高计算精度。

DMol³模块支持COOP/COHP (晶体轨道重叠布居/晶体轨道哈密顿布居)的计算，可以研究周期性体系中的局域化学键性质。

CASTEP模块现已支持meta-GGA交换关联泛函RSCAN，进一步丰富了交换相关能的处理方法。

CASTEP模块的几何优化任务(Geometry Optimization)，LBFGS设置成当前默认算法。该方法能加速结构优化、收敛速度更快、更适合大体系的计算，而且内存使用是线性标度的，在机器学习各类算法中常见它的身影。

CASTEP模块使用脚本可调用QC5 ultrasoft OTFG系列赝势库，适合大规模、高通量计算，支持人工智能和机器学习。

ONETEP模块嵌入了费米算子扩展的退火和淬火算法(AQUA-FOE), 为大尺度金属体系建模提供了真正的线性标度。

ONETEP模块除了模守恒赝势以外，新增了PAW赝势支持电子激发态的TD-DFT的计算。

COMPASS III 力场的引入，加强了对离子液体、聚合物等的支持。

Forcite模块进行了多项性能方面的改进，性能有很大的提升。

GULP模块更新到学术版5.2版本，很多性能有进一步的提升。

GULP模块加入了模拟退火 (Anneal) 功能，方便全局最优构型的筛选。

QMERA模块中，DMol³可以计算拉曼光谱，功能进一步拓展。


Materials Studio 2020 主要模块的新功能

量子力学模块

DMol³模块

• 新杂化交换相关泛函：新增处理交换相关能的杂化泛函：PBE0、TPSSh、SCAN0、M06、M06-2X, 大幅度提高该模块的计算精度;

• COOP/COHP功能：添加计算COOP/COHP (晶体轨道重叠布居/晶体轨道哈密顿布居) 的功能，研究周期性体系中的局域化学键性质，例如：成键态、反键态。

• 产生与COSMO-RS兼容的文件：DMol³使用特定的参数设置，能产生与COSMO-RS (the COSMO theory for "Real Solvents") 兼容的COSMO文件( .cosmo)。这个文件可用于COSMO-RS模型预测液体的热力学性能，例如：纯流体和液体混合物的溶解度、活度系数、相图、蒸气压、汽化热、相平衡等。

CASTEP模块

• 添加meta-GGA交换相关泛函：现已支持meta-GGA交换相关泛函RSCAN，进一步丰富了交换相关能的处理方法。

• 新几何优化默认算法：LBFGS (low-memory BFGS) 成为当前几何优化任务(Geometry Optimization)的默认算法，该方法能加速结构优化、收敛速度更快、更适合大体系的计算，而且内存使用是线性标度的，是一种适合机器学习的算法。

• 适合高通量计算的赝势：使用脚本可调用QC5 ultrasoft OTFG系列赝势库，适合大规模、高通量计算，支持人工智能和机器学习。

• 静电势的计算：杂化泛函现已支持静电势可视化、功函数计算。

• 更适应源码开发的用户界面

ONETEP模块

• AQUA-FOE 方法：ONETEP嵌入了费米算子扩展的退火和淬火算法(AQUA-FOE, Annealing and QUenching Algorithm for Fermi Operator Expansion)，为大尺度金属体系提供了真正的线性标度模拟。

• 溶剂化模型：实现了带周期性边界条件的溶剂化模型计算，以支持在溶剂中对块体和表面体系的模拟工作。

• 电子激发态的TD-DFT计算：除使用模守恒赝势(norm-conserving pseudopotentials)以外，新增支持使用PAW赝势完成电子激发态的TD-DFT计算。

• 电子局域函数分析：新增支持电子局域函数 (Electron localization function) 的分析，可以对大体系中的成键原理进行可视化研究。

• 局域DOS计算：用户界面现在支持局域DOS（LDOS）分析和导带优化。LDOS 展示体系中的原子对能量谱的各个部分的电子态的贡献。

分子力学及动力学模块

力场

• COMPASSIII力场的引入: 引入了COMPASS III力场，强化了对溶液、离子液体和聚合物的支持，使经典模拟计算有更好的适应性、功能更加强大。COMPASSIII力场可以被多个模块调用，比如：AmophousCell、ForcitePlus、Blends、Conformers、Sorption以及Adsorption locator。

Forcite 模块

• 性能提升：Forcite进行了多项性能方面的改进，尤其是使用PPPM方法计算静电。Dynamics现在默认使用多时间步长方法进行Ewald和PPPM计算。

• 质量密度分布：浓度分布分析(Concentration Profile) 现在可以输出为质量密度分布，单位为g/cm³

• 扩散系数的分析：均方位移 (MSD) 分析现在可以直接计算扩散系数以及R^2

GULP模块

• 模拟退火功能：GULP模块加入了模拟退火(Anneal)功能，方便全局最优构型的筛选。

• 力场：MEAM-2nn-QEq库中包含参数扩展到Li-Co-O和Ti-O/Si-O体系，适合于锂电池正极材料

• 代码更新：GULP 代码已更新为到学术版5.2版本。

QMERA模块

• 拉曼光谱：QMERA基于DMol³的计算可以计算拉曼光谱，进一步拓展了功能。

• 计算实现了如下杂化交换相关泛函：PBE0、TPSSh、SCAN0、M06、M06-2X，提高了模拟体系的量子力学部分的计算精度。